鋁酸鈉溶液晶種分解過(guò)程中多相流動(dòng)的數(shù)值模擬研究.pdf

1、本文通過(guò)對(duì)晶種分解過(guò)程及主要設(shè)備的詳細(xì)研究，綜合利用多相流體力學(xué)、計(jì)算流體力學(xué)及傳輸過(guò)程等理論，構(gòu)建了晶種分解過(guò)程多相流動(dòng)的多流體模型；以商業(yè)軟件CFX4.3為平臺(tái)，研制開(kāi)發(fā)了晶種分解過(guò)程多相流動(dòng)的數(shù)值模擬系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)鋁酸鈉溶液(料漿)的測(cè)試與分析，確定了鋁酸鈉溶液為牛頓流體，其粘性系數(shù)基本不隨溶液運(yùn)動(dòng)速度的變化而變化，溶液的溫度及固含對(duì)粘性系數(shù)有一定的影響。 以兩種不同結(jié)構(gòu)的空氣攪拌式種分槽為研究對(duì)象，完成了晶種分解過(guò)

2、程氣—液兩相流動(dòng)的三維數(shù)值模擬。數(shù)值模擬結(jié)果表明，種分槽內(nèi)的流場(chǎng)分布對(duì)鋁酸鈉溶液的混合、槽內(nèi)結(jié)疤等現(xiàn)象有著直接的影響；翻料管為喇叭套管的種分槽內(nèi)溶液循環(huán)量大，副風(fēng)管的的上提強(qiáng)化了種分槽下部溶液的擾動(dòng)，其流場(chǎng)明顯優(yōu)于翻料管為直套管的種分槽。 建立了晶種分解過(guò)程中的標(biāo)量傳輸模型，并與氣—液兩相流動(dòng)的多流體模型耦合，研制開(kāi)發(fā)了晶種分解過(guò)程中鋁酸鈉溶液擴(kuò)散及停留時(shí)間的數(shù)值模擬程序。計(jì)算結(jié)果表明，翻料管為直套管的種分槽內(nèi)存在明顯的溶液“短

3、路”現(xiàn)象，溶液在槽內(nèi)的停留時(shí)間低于翻料管為喇叭套管的種分槽。 自行設(shè)計(jì)并制作了晶種分解水模型實(shí)驗(yàn)裝置，對(duì)晶種分解過(guò)程鋁酸鈉溶液的擴(kuò)散與停留時(shí)間進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不使用擋板的情況下種分槽內(nèi)存在溶液“短路”現(xiàn)象；實(shí)驗(yàn)結(jié)果與數(shù)值模擬Ⅰ結(jié)果相吻合，證實(shí)了數(shù)值模擬程序的可靠性。 研究了密相多相流中固相之間及固相與液相之間的作用機(jī)理，研制了晶種分解過(guò)程氣—液—固三相流動(dòng)的三維數(shù)值模擬程序?？紤]固相的作用后，數(shù)學(xué)模型與物理

4、模型更為接近，數(shù)值擬結(jié)果與實(shí)際情況更為吻合。對(duì)固體顆粒在種分槽中的沉降規(guī)律進(jìn)行了研究，對(duì)于直徑小于0.06mm的氫氧化鋁顆粒，其懸浮的條件為種分槽下部溶液流速大于0.5m/s。 對(duì)空氣攪拌式種分槽進(jìn)行了結(jié)構(gòu)與操作參數(shù)的優(yōu)化研究。研究結(jié)果表明，使用導(dǎo)料槽代替種分槽中的擋板可以克服溶液的“短路”現(xiàn)象；將喇叭套管的張角擴(kuò)大至1°，副風(fēng)管出口角度偏45°有利于進(jìn)一步改善種分槽內(nèi)流場(chǎng)，緩解槽內(nèi)結(jié)疤，促進(jìn)氫氧化鋁晶體的生長(zhǎng)與附聚，提高氧化鋁